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Dickenmessung mit Sensoren von Micro-Epsilon

Mess- & Prüftechnik
Dickenmessung in der Batterieproduktion mit Sensoren von Micro-Epsilon

Die Herausforderung bei der Herstellung moderner Batterien besteht darin, ihre Energiedichte zu maximieren, ihre Herstellkosten zu senken und ihre Nutzungsdauer zu verlängern. Um dies zu erreichen, werden Sensoren von Micro-Epsilon im gesamten Fertigungsprozess eingesetzt. Dort übernehmen sie nicht nur verschiedene Messaufgaben zur Maschinenüberwachung und Qualitätssicherung, sondern auch die Dickenregelung von Bandmaterial sowie beschichteten Folien. Für diese Messaufgaben können sowohl elektromagnetische als auch optische Sensoren eingesetzt werden.

Franz Hochwimmer Beratung & Vertrieb Anlagen/Systeme Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG, Ortenburg

Die Inline-Prüfung in der Batterieproduktion trägt maßgeblich zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, Ressourcenschonung und Qualitätssicherung bei. Dafür werden in jeder Produktionsstufe – von der Elektrodenfertigung über die Assemblierung bis hin zur Formierung – hochgenaue Sensoren von Micro-Epsilon eingesetzt. Das umfangreiche und vielfältige Produktportfolio des Unternehmens bietet für jede Beschichtungsart und alle Messobjekte das geeignete Messverfahren mit dem passenden Sensor. Eine zentrale Messaufgabe ist die präzise Dickenmessung von Batteriefolie und der Folienbeschichtung. Dies ist sowohl mit elektromagnetischen als auch mit optischen Sensoren möglich.

Band- und Beschichtungsdickenmessung mit elektromagnetischen Sensoren

Elektromagnetische Sensoren von Micro-Epsilon bieten zahlreiche Vorteile bei der Dickenmessung. Dank integrierter Temperaturkompensation liefern sie stabile Messwerte im Submikrometerbereich und finden auch Anwendung in Trockenprozessen. Für die Dickenmessung von Bandmaterialien und Beschichtungen werden oftmals kapazitive Sensoren genutzt. Diese werden gegenüberliegend angebracht und messen von beiden Seiten auf elektrisch leitfähige Werkstoffe. Die linearen Abstandssignale beider Sensoren werden im Controller zu einem Dickenwert verrechnet. Im Vergleich zu optischen Verfahren ist der Messfleck größer. Dies ermöglicht die Mittelung von Strukturen und Unregelmäßigkeiten. Darüber hinaus können kapazitive Sensoren auch bei hohen Temperaturen und schwankenden Temperaturen eingesetzt werden, was andere Messverfahren oft vor große Herausforderungen stellt. Durch Verwendung der Mehrkanal-Controller Capa NCDT können die Werte mehrerer Sensorpaare mit nur einem Controller verarbeitet werden.

Kapazitive Sensoren werden häufig für Anwendungen eingesetzt, bei denen höchste Präzision und Stabilität gefordert sind bei einer Auflösung im Sub-Mikrometer-Bereich. Dank ihrer innovativen Technologie sind kapazitive Sensoren des Herstellers in der Lage auch in rauen Industrieumgebungen hochgenaue Messwerte zu erfassen. Sie liefern auch bei hohen Temperaturen Messwerte bis den Sub-Mikrometerbereich und eignen sich auch für staubige Industrieumgebungen. Die kapazitiven Sensoren von Micro-Epsilon sind außerdem langzeitstabil, weil keine Komponenten verbaut sind, die die Lebensdauer einschränken. Eine weitere Stärke ist die Kombinationsvielfalt. Jeder kapazitive Sensor kann ohne Kalibrierung mit einem beliebigen Controller des Messtechnikspezialisten verwendet werden, was insbesondere beim Tausch von Komponenten vorteilhaft ist.

Beschichtungsdickenmessung mit optischen Sensoren

Wenn hochgenaue Messergebnisse gefragt sind, sind optische Messverfahren unverzichtbar. Konfokal-chromatische Sensoren und die hochpräzisen Interferometer von Micro-Epsilon arbeiten auf Basis der Weißlicht-Technologie. Eingesetzt werden beide Messsysteme zur Abstands- und Dickenmessung in Bereichen, in denen höchste Genauigkeit und Signalstabilität gefordert werden. Die optischen Sensoren werden gegenüberliegend vom Material befestigt und führen präzise Messungen von beschichteten und unbeschichteten Folien durch. Sie arbeiten mit hoher Auflösung und sind sowohl in Nassbeschichtungs- als auch in Trockenprozessen einsetzbar. Aufgrund der kleinen Lichtpunktdurchmesser können auch kleinste Details auf der Folienoberfläche zuverlässig erfasst werden. Neben den konfokal-chromatischen Sensoren eignen sich vor allem auch Weißlichtinterferometer ideal zur hochpräzisen Dickenmessung.

Turnkey-System zur Dickenmessung der Elektrodenbeschichtung

Zur Inline-Dickenmessung von Bandmaterialien werden Thickness-Gauge-Sensorsysteme eingesetzt. Verfügbar sind mehrere Modelle mit verschiedenen Sensortypen, Messbereichen und Messbreiten für die Dickenmessung von verschiedenen Materialien und Oberflächen. Das System nutzt zwei optische beziehungsweise elektromagnetische Abstandssensoren, um die Banddicke zu erfassen. Die Sensoren sind bereits exakt aufeinander ausgerichtet und kalibriert. Darüber hinaus sorgt eine werkseitige Dickenkalibrierung für eine hohe Präzision. Mittels Linearachse können die Thickness-Gauge-Sensorsysteme verfahren werden, um die Dicke über die gesamte Bandbreite hinweg zu erfassen.

In Umgebungen mit Schmutz und hohen Temperaturen wird das System Thickness Gauge O.EC eingesetzt. Es nutzt den innovativen Combi Sensor. Dieser beinhaltet einen Wirbelstromsensor, der auf die Führungswalze misst, und einen kapazitiven Sensor zur Abstandsmessung auf die Materialoberfläche. Aus der Signaldifferenz ergibt sich dann der genaue Dickenwert der Elektrodenbeschichtung.

Nassschicht-Dickenmessung des Anoden- und Kathodenmaterials mit Thickness-Gauge-System

Im Beschichtungsprozess wird die Folie entweder kontinuierlich oder intermittierend und auf einer Breite von bis zu 1.000 mm beschichtet. Wichtig sind dabei die Folien und die Beschichtungsdicke, die Oberflächenqualität, die Reinheit und ein Vermeiden von Gaseinschlüssen. Um die Nassschicht-Dicke des Anoden- und Kathodenmaterials zu überwachen, wird eine Genauigkeit von ±1 μm bei 150 bis 500 µm Objektdicke gefordert.

Für diese Messaufgabe empfiehlt sich der Einsatz des Thickness Gauge, einem Inline-Messsystem bestehend aus einer Lineareinheit mit elektromechanischem Antrieb, zwei konfokal-chromatischen Abstandssensoren, einer automatischen Kalibriereinheit und einem Multitouch-IPC. Die konfokalen Sensoren messen im Differenzverfahren von zwei Seiten auf die Materialoberfläche. Mittels einer automatischen Kalibrierung auf ein Referenztarget wird der Abstand der beiden Sensoren zueinander in regelmäßigen Abständen ermittelt. Im Messbetrieb erfassen die beiden Sensoren jeweils den Abstand zur Materialoberfläche. Aus dem bekannten Abstand der beiden Sensoren sowie den Abstandswerten wird die Materialdicke errechnet. Dank der hohen Auflösung der konfokalen Sensoren können geringste Abweichungen zuverlässig detektiert werden. Die hohe Präzision von ±0,25 µm und die Messrate von bis zu 5 kHz ermöglichen eine vollautomatisierte Dickenmessung. Wird der Thickness Gauge über die Linearachse über das Band bewegt, kann das komplette Querprofil ermittelt werden.

Der Einsatz von Micro-Epsilon-Sensoren in der Batterieproduktion erhöht die Wirtschaftlichkeit und Qualität. Das Unternehmen entwickelt, produziert und vertreibt ein weltweit einzigartiges Spektrum an Sensoren, Messsystemen und kundenspezifischen Lösungen. Dabei werden sowohl Sensor- als auch Systemkompetenz aus einer Hand geboten. Das breite Produktspektrum, welches auf unterschiedlichen Messprinzipien basiert, ist prädestiniert für die Überwachung von Produktionsprozessen in der Batteriezellenfertigung. Für die Dickenmessung der Batteriefolie stehen verschiedene Messverfahren zur Verfügung, die für die jeweiligen Prozessschritte optimiert sind. (jg)

Mehr Informationen zu den Sensorlösungen von Micro-Epsilon für die Batterieproduktion:

hier.pro/idq2c

Kontakt:
Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
Königbacher Str. 15
94496 Ortenburg
Tel.+49 8542 168–0
info@micro-epsilon.de
www.micro-epsilon.de



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